漫谈矿山法隧道技术第五讲——衬砌（一）

从使用性、应对未来不确定因素和特殊围岩时补充支护的力学功能等方面分析二次衬砌的功能,说明二次衬砌是确保隧道使用性、耐久性、降低不确定因素影响及具有力学功能的不可或缺的构件。分析衬砌的耐久性： 目前各国对衬砌的计划使用期限的规定一般是100年;调查显示,混凝土衬砌经过修补或采用“预防维护”体制,可以满足100年的耐久性要求,但运营隧道的衬砌有随时间逐渐劣化的趋势。隧道结构劣化的原因除了施工质量未达到设计要求外,主要是围岩劣化和衬砌本身劣化。结合日本的试验分析认为： 在耐久性设计中,可以不考虑围岩劣化的问题。混凝土衬砌的耐久性,多数情况下取决于混凝土的施工工艺。调查发现目前衬砌存在的主要问题有： 1）衬砌混凝土不密实; 2）衬砌背后留有空洞; 3）衬砌厚度不均匀,拱顶厚度偏薄且留有空隙; 4）衬砌混凝土存在潜在的裂缝。总结各国在提高隧道二次衬砌耐久性方面的主要措施： 1）尽可能不采用钢筋混凝土衬砌; 2）采用钢筋混凝土时,保护层厚度应不小于50 mm; 3）采用喷混凝土作为二次衬砌时,除计算厚度外,应增加50 mm的保护层厚度; 4）二次衬砌应设置仰拱; 5）仰拱和拱墙须“闭合成环”; 6）改善混凝土施工工艺; 7）减少混凝土衬砌的初始缺陷。认为在现有技术的基础上做好6）、7）两点,衬砌的耐久性将得到极大的改善。针对6）、7）两点,介绍日本在衬砌施工关键工艺--浇筑、捣固和养生方面的做法： 拱顶部水平压入浇筑工法、隧道衬砌拱顶捣固系统、喷雾养生和采用塑料模板,以期为我国同仁提供借鉴。     

一种改进的硬质岩深竖井反井施工技术及竖井围岩压力取值探讨

以福建漳（州）永（安）高速公路官田隧道通风竖井为工程依托,针对该竖井径深比较小的特点,对传统的钻机反井正向扩大法进行了工艺改进,使用空气潜孔锤代替传统反井钻机钻头,合理控制钻压并使用减压式钻进,有效地减小了导孔的倾斜度,并减小了钻头的磨损,实现了竖井的快速施工,形成一套用于径深比较小（小于1.3%）的深竖井反井施工技术;同时引入自动监测和无线传输技术对硬质岩深竖井的水平围岩压力进行测试,测试断面埋深在180~320 m,实测围岩压力为0.01~0.03 MPa,是JTG/T D70-2010《公路隧道设计细则》中秦巴列维奇公式计算值的24%~46%,而且跟埋深无直接关系;建议今后在竖井设计中对围岩压力取值适当优化,并通过更多的试验样本和工程实践进一步完善。     

宝兰客运专线软岩隧道三台阶七步开挖法及机械配套快速施工技术

以宝兰客专古城岭隧道、兰山隧道为例,结合实际施工情况,以快速施工为目的,就三台阶七步开挖法的机械配套和施工要点进行阐述。主要研究和结论如下： 1）软岩条件下的三台阶七步开挖法的人员、设备配套建议及各工序作业时间安排; 2）三台阶七步开挖法打破传统施工以开挖为主,重视衬砌、轻视仰拱的组织理念,以仰拱施工为重点,在施工资源配置和工序安排上必须将仰拱部分做为一个相对独立的施工单元,并优先考虑仰拱施工,以仰拱施工推动掌子面施工,带动衬砌施工,并根据仰拱的施工进度制定掌子面开挖及二次衬砌的施工进度,最大限度地保证了步距合规。     

顺层岩质斜坡溃曲破坏机理的力学分析

分析顺层岩质斜坡的溃曲破坏模式,建立力学模型,运用梁板理论分析斜坡滑移弯曲变形破坏的机理。计算挠曲曲线的理论解,得出岩质斜坡发生溃曲破坏的临界坡长。以某桥基斜坡为工程实例,计算斜坡在天然、暴雨、暴雨+地震3种工况下的临界坡长,发现雨水和地震对斜坡临界长度有较大的影响。研究对深入理解该类斜坡的变形破坏具有参考价值。     

基于PLC刀盘刀具破岩模态实验平台控制系统设计

在盾构破岩掘进过程中,盘形滚刀是最有效的机械破岩方式之一,而影响盘形滚刀破岩速率和破岩效率的主要因素是盘形滚刀刀间距的合理设置,刀间距的优化设计是基于盘形滚刀对不同岩样破岩角的确定。基于PLC设计的控制系统数据采集、处理实验平台的模拟控制参数,通过采用声发射信号源定位检测的方法来近似计算破岩角。在贯入度确定的条件下针对同一岩样,如果刀间距太大,一把盘形滚刀产生的岩石裂纹不能与相邻盘形滚刀的影响范围相接,必定开挖不出片状石渣,从而使破岩速率降低;反之如果刀间距太小,则会使石渣块太小,从而降低破岩效率。详细阐述实验平台控制系统设计原理,并对其数据采集、处理策略进行分析,所设计的控制系统满足实验平台控制要求。     

节理密集带地质硬岩TBM刀盘损坏形式及对策

为解决硬岩TBM在硬岩节理密集带地质段施工时,刀盘刀具损坏严重、施工效率低下、施工成本增加问题,针对中天山铁路工程硬岩TBM节理密集段现场施工情况,分析刀盘刀具的主要损坏形式及主要原因,并采取相应的改进措施,使硬岩TBM在节理密集带地质段掘进顺利进行,保证了施工进度,降低了施工成本,对类似工程具有一定的借鉴作用。     

陡坡及基岩裸露地质条件下的稳桩工艺

为解决码头陡坡裸岩区域的稳桩问题,开展了常规人工基床抛投以及导管架稳桩工艺的探索施工,根据不同地质影响解决了稳桩临时加固、导管架工艺的结构研究以及现场施工中的定位、提升、稳固、沉桩等技术问题,为同类型地质条件的稳桩工艺提供了参考依据。     

深埋隧道层状岩体破坏过程特征模型试验

针对深埋隧道层状岩体围岩变形破坏的复杂性,以渝沙高速公路共和隧道工程为背景,采用自行研制的弹脆性相似材料构筑层状岩体隧道物理模型,利用应变监测技术和内窥摄影技术,研究了层状岩体在不同荷载作用下围岩应力分布及变形破坏过程特征。结果表明：深部层状岩体受层理结构面的影响,围岩具有明显偏压特征;在沿层理面方向主要受到与其一致的应力挤压从而产生剪切破坏,垂直于层理方向的破坏呈X型裂纹且沿洞壁深部发展;掉落块体呈楔型体,隧道围岩破坏范围呈明显的不均现象;模型试验结果与现场测试结果基本一致,为理论分析深部层状岩体破坏机理提供了可靠的试验结果。     

山区公路岩质边坡危险源安全性评价研究

针对山区公路边坡点多、线长、规模小、地质资料少和现有岩体评价分级系统难以应用的特点,介绍了安全管理科学中的危险源理论,结合工程地质学和统计学方法,提出了公路岩质边坡危险源的概念和分类;结合岩土力学理论,采用人工智能方法,研究了山区公路岩质边坡危险源的辨识分级方法;借鉴社会经济学理论,提出了山区公路岩质边坡危险源的风险评估方法和相应的风险控制措施。通过多学科交叉的研究方法,形成了山区公路岩质边坡危险源的安全性评价理论体系。     

监控量测在隧道大变形治理中的运用

结合黄塔高速公路长干1号隧道大变形段的施工实践,选取有代表性的断面进行现场观察、围岩位移量测、轴力锚杆量测和对各种钢筋应变计的应变量测,依据量测的有效数据,及时提出了增加临时钢支撑和临时仰拱、增设锁脚钢管、地表回填注浆、洞身注浆加固等方案,使黄塔高速顺利通过隧道大变形段。